科学家发现一类暴胀模型引力波有望实现直接观测

　　近日，中科院理论物理研究所博士研究生刘京、研究员郭宗宽、蔡荣根团队研究发现，一类具有尖角势函数的暴胀模型在重加热阶段能够产生具有双峰结构的随机引力波能谱，有望支持地面激光干涉仪实现原初引力波的直接观测。相关研究发表于《物理评论快报》。

　　据介绍，原初引力波通常是指宇宙早期暴胀阶段产生的随机引力波，原初引力波包含宇宙早期的信息，因此，原初引力波的探测能够帮助人类认识宇宙的起源，而该研究为地面激光干涉仪直接探测原初引力波提供了理论可能。已有的原初引力波探测计划以探测宇宙微波背景辐射极化，特别是B模式的极化为手段，而此研究发现宇宙暴胀后的重加热过程能够产生具有双峰结构的随机引力波能谱，有望利用LIGO地面激光干涉仪实现对原初引力波的直接观测。

　　郭宗宽介绍称，暴胀结束后暴胀场在尖角势函数的极小值点附近震荡，由于势函数的二阶导数是狄拉克函数，暴胀场的能谱在动量空间一些区域随时间剧烈增长，产生大量的能量聚集的震荡子结构，暴胀场自身变得极不均匀。这种空间不均匀的结构导致了很强的随机引力波背景的产生。

　　研究人员表示，该类暴胀模型预言的引力波具有典型的双峰特征，这为区分其他机制产生的引力波提供了明显的标志。“依据该模型，我们发现预言的随机引力波背景具有双峰能谱，也就是说，如果将来的地面激光干涉仪探测到了该特征的随机引力波背景，人们不仅可以确定暴胀发生时的能标，而且为暴胀场的起源提供了可能的解释。”郭宗宽说。

　　据悉，暴胀场的物理本质一直是理论物理学家关注的课题，也被美国《科学》杂志列为21世纪有待解决的125个基本科学问题之一。暴胀发生时的能标至今仍无法确定，而宇宙微波背景辐射可以告诉人们暴胀发生能标的上限，如果未来LIGO实验探测到了该特征的随机引力波背景，人们不仅可以确定暴胀发生时的能标，而且将为暴胀场的起源提供了可能的解释。